Как правильно закалить металл в домашних условиях своими руками: накалить сверло и другое железо в масле

Содержание
  1. Введение в металловедение
  2. Что такое закалка металла?
  3. Какие стали можно закаливать?
  4. Температура и скорость нагрева
  5. Свойства стали после закалки
  6. Отпуск и старение металла
  7. Виды закалки стали
  8. Закаливание в одной среде
  9. Ступенчатая закалка
  10. Изотермическая закалка
  11. Светлая закалка
  12. Закалка с самоотпуском
  13. Способы закалки
  14. Закалка в одном охладителе
  15. Закалка с подстуживанием
  16. Прерывистая
  17. Ступенчатая
  18. Изотермическая
  19. Как закалить металл в домашних условиях
  20. Закалка топора на костре и в печи
  21. Закаливание ножа
  22. Свойства стали после закалки
  23. Технология закалки
  24. Способы закалки стали:
  25. Типы охлаждающих сред
  26. Температурный режим
  27. Какую сталь подвергают закалке
  28. Закалка ножа в домашних условиях
  29. Еще немного истории
  30. Выбор стали для закалки ножа
  31. Способы закаливания
  32. В камере
  33. На открытом огне
  34. Как изготовить камеру для закаливания металла
  35. Источник нагрева
  36. Температурный режим
  37. Охлаждение и отпуск
  38. Определение качества работы
  39. Суть закалки металлических изделий
  40. Какие металлы можно закалить
  41. Особенности технологии
  42. Какие стали можно закаливать?
  43. Как закалить сталь в домашних условиях?
  44. Как сделать закаленную сталь:
  45. Как выполнить закалку?

Введение в металловедение

В технологии термической обработки сталей предусматривается ряд способов теплового воздействия. В результате меняется размер зерна. От этого меняется твердость.

В составе стали имеются:

  1. Феррит – это основная составляющая. Зерна металла под микроскопом легко увидеть. Они обычно на шлифах представлены в виде белого или светло-серого цвета.
  2. Перлит – это эвтектоидное механическое соединение железа и углерода. Для этой составляющей отмечают высокую твердость и прочность.
  3. Цементит – предельное соединение железа с углеродом Fe₃C. Одна чистый цементит довольно хрупкое вещество.
  4. Графит – одна из форм углерода. В металлах он может быть представлен в виде шарообразных включений. Его присутствие отмечают в дамасских сталях, которые получают методом ковки.
  5. Аустенит – одна из форм сплава. Она возникает при температуре 727 ⁰С и выше. Данная составляющая представляет псевдоожиженный металл. Для него характерна высокая пластичность, податливость. Появление аустенита при нагревании определяется по отсутствию магнитных свойств.

Принята классификация соединения – железо-цементит в следующих значениях:

  • 0,0…2,18 % углерода – это стали;
  • 2,14…6,67 % углерода – чугуны.

У сталей есть и еще различия:

  • 0,0…0,8 – низкоуглеродистые стали;
  • 0,8…2,14 – углеродистые стали.

Диаграмма Fe – Fe₃C. В зависимости от температуры и концентрации железа и углерода образуются разные виды соединений. Они определяют механические свойства металла:







Что такое закалка металла?

Один из видов термообработки — закалка металла. Она состоит из нескольких этапов, выполняемых в определенной последовательности:

  1. Нагрев металла до определенной температуры. Выдержка для выравнивания по всей глубине детали.
  2. Быстрое охлаждение.
  3. Отпуск для снятия напряжений и коррекции твердости до заданного значения.

В процессе изготовления сложные детали могут проходить несколько закалок разного вида.

По глубине обработки закалка делится на два вида:

  • объемная;
  • поверхностная.

В основном в машиностроении применяется объемная термообработка, когда деталь прогревается на всю глубину. В результате резкого охлаждения, после завершения термообработки твердость внутри и снаружи отличается всего на несколько единиц.

Поверхностная закалка применяется для деталей, которые должны быть твердые сверху и пластичные внутри. Индуктор прогревает сталь на глубину 3–20 мм и сразу за ним расположен спрейер, поливающий горячий металл водой.

Сталь нагревается до состояния аустенита. Для каждой марки своя температура, определяемая по таблице состояния сплавов железо-углерод. При резком охлаждении углерод остается внутри зерна, не выходит в межкристаллическое пространство. Превращение структуры не успевает происходить, и внутреннее строение содержит перлит и феррит. Зерно становится мельче, сам металл тверже.

Какие стали можно закаливать?

При нагреве и быстром охлаждении внутренние изменения структуры происходят во всех сталях. Твердость повышается только при содержании углерода более 0,4%. Ст 35 по ГОСТ имеет его 0,32 – 0,4%, значит может «подкалиться» — незначительно изменить твердость, если углерод расположен по верхнему пределу.

Закаливаемыми считаются стали, начиная от СТ45 и выше по содержанию углерода. В то же время закалка нержавеющей стали с низким содержанием углерода типа 3Х13 возможна. Хром и некоторые другие легирующие элементы заменяют его в кристаллической решетке и повышают прокаливаемость металла.

Высоколегированные углеродистые стали содержат вещества, ускоряющие процесс охлаждения и повышающие способность стали к закалке. Для них требуется сложная ступенчатая система охлаждения и высокотемпературный отпуск.

Температура и скорость нагрева

Температура нагрева под закалку повышается с содержанием в стали углерода и легирующих веществ. Для Ст45 она, например, 630–650⁰, Ст 90ХФ — более 800⁰.

Высокоуглеродистые и высоколегированные стали при быстром нагреве могут «потрещать» — образовать на поверхности и внутри мелкие трещины. Их нагревают в несколько этапов. При температурах 300⁰ и 600⁰ делают выдержку. Кроме выравнивания температуры по всей глубине, происходит структурное изменение кристаллической решетки и переход к другим видам внутреннего строения.

Свойства стали после закалки

После закалки деталей происходят структурные изменения, влияющие на технические характеристики металла:

  • увеличивается твердость и прочность;
  • уменьшается зерно;
  • снижается гибкость и пластичность;
  • повышается хрупкость;
  • увеличивается устойчивость к стиранию;
  • уменьшается сопротивление на излом.

На поверхности каленой детали легко получить высокий класс чистоты. Сырая сталь не шлифуется, тянется за кругом.

Отпуск и старение металла

Часто путём закалки повышается не только твёрдость металла, но и его хрупкость, поэтому необходимо выполнять ещё один этап — отпуск, при котором прочность и твёрдость несколько снижаются, но материал становится более пластичным. Делают отпуск при температуре, ниже, чем в предыдущем процессе, и охлаждают металл постепенно.

Можно проводить закалку без изменения структуры металла (полиморфного превращения). В этом случае не возникнет проблем с хрупкостью, но необходимая твёрдость не будет достигнута. А повысить её удастся путём ещё одного процесса термообработки, называемого старением. При старении происходит распад пересыщенного твёрдого раствора, в результате которого увеличивается прочность и твёрдость материала.

Отпуск стали — это разновидность термообработки, используемая для деталей, закалённых до критической точки, при которой происходит полиморфное изменение кристаллической решётки. Он заключается в выдерживании металла определённый промежуток времени в нагретом состоянии и медленном охлаждении на открытом воздухе. Делают отпуск, чтобы снизить внутреннее напряжение, а также исключить хрупкость металла и увеличить его пластичность.

При помощи старения достигается необходимая твёрдость закалённой стали. Старение может быть:

  • естественным, при котором самопроизвольно повышается прочность закалённого металла и снижается его пластичность. Происходит данный процесс при выдержке в естественной среде;
  • термическим. Такое старение — это процесс повышения твёрдости металла посредством выдержки при высоких температурах. По сравнению с первым видом, в данном случае может произойти перестаривание — это когда твёрдость, пределы прочности и текучести, достигая максимальной величины, начинают снижаться;
  • деформационным. Такое старение достигается при помощи пластической деформации закалённого сплава, имеющего структуру пересыщенного твёрдого раствора.

закалка металла в домашних условиях

Виды закалки стали

Основные параметры для закалки стали: температура нагрева и скорость охлаждения. Они полностью зависят от марки стали — содержания углерода и легирующих веществ.

Закаливание в одной среде

При закаливании стали среда определяет скорость охлаждения. Наибольшая твердость получается при окунании детали в воду. Так можно калить среднеуглеродистые низколегированные стали и некоторые нержавейки.

Если металл содержит более 0,5% углерода и легирующие элементы, то при охлаждении в воде деталь потрещит — покроется трещинами или полностью разрушится.

Высоколегированные стали повышают свою твердость даже при охлаждении на воздухе.

При закалке на воде легированная сталь подогревается до 40–60⁰. Холодная жидкость будет отскакивать от горячей поверхности, образуя паровую рубашку. Скорость охлаждения значительно снизится.

Ступенчатая закалка

Закалка сложных по составу сталей может производиться в несколько этапов. Для ускорения охлаждения крупных деталей из высоколегированных сталей, их сначала окунают в воду. Время пребывания детали определяется несколькими минутами. После этого закалка продолжается в масле.

Вода быстро охлаждает металл на поверхности. После этого деталь окунается в масло и остывает до критической температуры структурных преобразований 300–320⁰. Дальнейшее охлаждение проводится на воздухе.

Если калить массивные детали только в масле, температура изнутри затормозит остывание и значительно снизит твердость.

Изотермическая закалка

Закалить металл с высоким содержанием углерода сложно, особенно изделия из инструментальной стали — топоры, пружины, зубила. При быстром охлаждении в нем образуются сильные напряжения. Высокотемпературный отпуск снимает часть твердости. Закалка производится поэтапно:

  1. Нормализация для улучшения структуры.
  2. Нагрев до температуры закалки.
  3. Опускание в ванну с селитрой, прогретой до 300–350⁰, и выдержка в ней.

После закалки в селитровой ванне отпуск не нужен. Напряжения снимаются во время медленного остывания.

Изотермическая обработка
Изотермическая закалка

Светлая закалка

Технического термина «светлая закалка» не существует. Когда производится закалка легированных сталей, включая нагрев, в вакууме или инертных газах, металл не темнеет. Закалка в среде защитных газов дорогостоящая и требует специального оборудования отдельно на каждый тип деталей. Она применяется только при массовом изготовлении однотипной продукции.

В вертикальной печи деталь нагревается, проходя через индуктор, и сразу же опускается ниже — в соляную или селитровую ванну. Оборудование должно быть герметично. После каждого цикла с него откачивается воздух.

Закалка с самоотпуском

При быстром охлаждении в процессе закалки стали внутри детали остается тепло, которое постепенно выходит и отпускает материал — снимает напряжения. Делать самоотпуск могут только специалисты, которые знают, насколько можно сократить время пребывания детали в охлаждающей жидкости.

Самоотпуск можно производить дома, если нужно незначительно увеличить твердость крепежа или мелких деталей. Необходимо уложить их на теплоизолирующий материал и сверху накрыть асбестом.

Способы закалки

Суть любой закалки — превращение аустенита в мартенсит (диаграмма «железо-углерод»). В зависимости от температурного режима, закалка может быть полной или неполной. Первым способом закаливают инструментальную сталь, а вторым — цветную.

При закалке могут использоваться один или несколько охладителей. От этого также зависит способ термообработки. В зависимости от охлаждающей среды, термическая обработка металла может быть:

  • с использованием одного охладителя;
  • с подстуживанием;
  • прерывистой;
  • ступенчатой;
  • изотермической.

Закалка в одном охладителе

Данный метод применяется для термообработки простых деталей, изготовленных из легированной и углеродистой стали. Деталь нагревается до необходимой температуры, а затем охлаждается в жидкости. Углеродистую сталь диаметром от 2 до 5 мм охлаждают в воде, детали меньшего диаметра и всю легированную сталь — в масле.

Закалка с подстуживанием

При термообработке с одним охладителем часто возникают состояния термического и структурного внутреннего напряжения. Развиваются они в том случае, когда разность температур достигает минимума. На поверхности металла образуется напряжение растяжения, в центре — напряжение сжатия. Чтобы данные напряжения уменьшить, перед тем, как опустить нагретую деталь в жидкость, её недолго держат на открытом воздухе. Температура детали в данном случае не должна быть ниже линии 0,8К по диаграмме «железо-углерод».

Прерывистая

Эту закалку проводят в двух средах — воде и масле или воде и воздухе. Нагретую до критической точки деталь сначала быстро охлаждают в воде, а потом медленно в масле или на открытом воздухе. Такой способ термообработки применяют для высокоуглеродистой стали. Этот метод — сложный, так как время охлаждения в первой среде очень мало и определить его сможет лишь специалист высокой квалификации.

закалка металла в масле

Ступенчатая

При прерывистой термообработке деталь охлаждается неравномерно — более тонкие поверхности быстрее, чем все остальные. К тому же очень трудно отрегулировать время нахождения детали в первой среде (воде). Поэтому лучше использовать ступенчатую закалку. Данный метод позволяет охлаждать деталь в среде при температуре, превышающей мартенситную точку. Первая ступень — охлаждение и выдержка детали в данной среде до того момента, когда все сечения детали достигнут одной и той же температуры. Вторая ступень — окончательное медленное охлаждение (преобразование аустенита в мартенсит).

Изотермическая

При изотермической термообработке деталь нагревают до критической точки, а затем опускают в масляную или соляную ванну температурой 250 градусов. Выдерживают полчаса, а далее остужают на открытом воздухе. Такая закалка обеспечивает высокую конструкционную прочность и применяется для легированных и конструкционных сталей, у которых распад аустенита в промежуточной области не происходит до конца. В дальнейшем он превращается не в мартенсит, а в бейнит + 20% остаточный аустенит, обогащённый углеродом. Такой закалкой можно достичь высокой прочности при хорошей вязкости.

Как закалить металл в домашних условиях

Пользуясь элементарными знаниями, можно провести закалку стали в домашних условиях. Нагревание металла обычно проводят с помощью костра, муфельных электропечей или горелок с использованием газа.

Закалка топора на костре и в печи

Если требуется придать дополнительную прочность бытовым инструментам, например, сделать топор более прочным, то самый простой способ его закалки можно провести в домашних условиях.

На топорах при изготовлении ставится клеймо, по которому можно узнать марку стали. Мы рассмотрим процесс закалки на примере инструментальной стали У7.

Как закалить металл в масле

Выполнять технологию нужно с соблюдением следующих правил:

1. Отжиг. Перед обработкой затупить острую кромку лезвия и поместить топор в горящую кирпичную печь для нагрева. За процедурой термообработки нужно внимательно следить, чтобы не допустить перегрева (допустимый нагрев 720-780°C). Более продвинутые мастера температуру узнают по цвету каления.

Как закалить металл в масле

А новички, температуру могут узнать с помощью магнита. Если магнит перестал приставать к металлу, значит топор нагрелся свыше 768°C (цвет красно-бордовый) и пришло время охлаждения.

Как закалить металл в масле

Кочергой придвинуть раскаленный топор к дверце печи, жар убрать вглубь, закрыть дверцу и задвижку, оставить нагретый металл в печи на 10 часов. Пусть топор постепенно остывает с печкой.

2. Закалка стали. Нагреть топор на костре, буржуйке или печи до темно-красного цвета — температура 800-830°C (магнит перестал магнитится, подождать ещё 2-3 минуты).

Закалка выполняется в подогретой воде (30°C) и масле. Опустить лезвие топора в воду на 3-4 см, интенсивно двигая его.

Как закалить металл в масле

Далее топор поместить в емкость с маслом, в случае возгорания масла нужно накрыть емкость плотной тканью. Выдерживать в масле нужно до полного остывания.

3. Отпуск лезвия топора. Отпуск уменьшает хрупкость стали и снимает внутренне напряжение. Зачистить металл наждаком, чтобы лучше различать цвета пебежалости.

Как закалить металл в масле

Выдержать топор в течение 1 часа в духовке, при температуре 270-320°C. После выдержки, достать и остудить на воздухе.

Закаливание ножа

Самостоятельно для закалки металлов целесообразно использовать печи. Для предметов быта в виде ножей, топоров, сверл и других, наиболее подходящими являются муфельные печи небольшого размера. В них можно достичь температуры закалки намного выше, чем на костре и проще добиться равномерного прогрева металла.

Такую печь можно изготовить самостоятельно. В интернете можно найти множество простых вариантов ее конструкции. В таких печах можно разогреть металлическое изделие до 700-900°C.

Как закалить металл в масле

Рассмотрим, как закалить нож из нержавейки в домашних условиях, используя муфельную электропечь. Для охлаждения вместо воды или масла используется расплавленный сургуч (можно достать в воинской части).

Последовательность процесса закалки следующая:

  • нож (без ручки, если она деревянная) кладут в холодную печь;
  • включив закрытую печь, нагревают ее вместе с ножом до получения ярко-красного цвета лезвия (800-900°C);
  • раскаленным лезвием ножа режут сургуч до 10 раз, погружаясь в него на 1,5 см;
  • процедуру повторяют до 5 раз, нагревая лезвие ножа и остужая в сургуче;
  • остатки сургуча снимают скипидаром с помощью смоченной ткани.

Процедуру лучше делать на свежем воздухе, сургуч при плавке пахнет ужасно. Также, лезвие ножа можно греть на открытом огне.

[Закалка металла] увеличивает твердость изделия в 3-4 раза.

Необходимость этой процедуры возникает тогда, когда нужно, чтобы металлический предмет без усилий разрезал стекло.

Случается, что потребность закалить инструмент из металла появляется из-за того, что он либо не закален до нужной степени, либо, наоборот, в его закалке переусердствовали.

В первом случае металлические предметы, например сверла, заминаются, во втором – буквально крошится.

Проверить еще в магазине, как хорошо закален инструмент из металла, вряд ли получится.

Как закалить металл в масле

Хотя возможность такой проверки существует. Надо взять напильник и провести им по краю режущего предмета – ножа или топора.

То, что напильник пристает и липнет к металлу, означает, что изделие мало закаливали.

При этом его край будет слишком мягким и податливым.

Если напильник отходит от предмета с легкостью и будто гладит его, а рука во время нажатия не ощущает никаких неровных мест, то на лицо перекал изделия.

Если в ваших руках все-таки оказалось оборудование из металла, которое нуждается в дополнительной закалке, то ничего страшного.

Закалить нож можно и своими руками, даже не прибегая сложным технологиям, то есть в домашних условиях.

Единственное, что нужно помнить: запрещено закаливать малоуглеродистые стали.

А вот увеличить прочность углеродистых и инструментальных сталей вполне вероятно.

Как закалить металл в масле

Свойства стали после закалки

После закалки увеличивается твердость и прочность стали, но при этом повышаются внутренние напряжения и возрастает хрупкость, провоцирующие разрушение материала при резких механических воздействиях. На поверхности изделия появляется толстый слой окалины, который необходимо учитывать при определении припусков на обработку.

Внимание! Некоторые изделия закаляются частично, например, это может быть только режущая кромка инструмента или холодного оружия. В этом случае на поверхности изделия можно наблюдать четкую границу, разделяющую закаленную и незакаленную части. Закаленную часть на клинках называют «хамон», что в переводе на современный язык металлургии означает «мартенсит».

Определение! Мартенсит – основная составляющая структуры стали после закалки. Вид этой микроструктуры – игольчатый или реечный.

Для уменьшения внутренних напряжений и роста пластичности осуществляют следующий этап термообработки – отпуск. При отпуске происходит некоторое снижение твердости и прочности.

Технология закалки

Режим закалки определяется температурой, временем выдержки, скоростью охлаждения, используемой охлаждающей средой.

Способы закалки стали:

  • в одном охладителе – применяется при работе с деталями несложной конфигурации из углеродистых и легированных сталей;
  • прерывистый в двух средах – востребован для обработки высокоуглеродистых марок, которые сначала остужают в быстро охлаждающей среде (воде), а затем в медленно охлаждающей (масле);
  • струйчатый – обычно востребован при частичной закалке изделия, осуществляется в установках ТВЧ и индукторах обрызгиванием детали мощной струей воды;
  • ступенчатый – процесс, при котором деталь остывает в закалочной среде, приобретая во всех точках сечения температуру закалочной ванны, окончательное охлаждение осуществляют медленно;
  • изотермический – похож на предыдущий вид закалки стали, отличается от него временем пребывания в закалочной среде.

Типы охлаждающих сред

От правильного выбора охлаждающей среды во многом зависит конечный результат процесса.

    • Для поверхностной закалки и работы с изделиями простой конфигурации, предназначенными для дальнейшей обработки, применяется в основном вода. Она не должна содержать соли и примеси моющих средств, оптимальная температура +30°C.

Внимание! Использовать этот способ охлаждения для деталей сложной конфигурации не рекомендуется из-за риска появления трещин.

  • Для изделий сложной формы применяют 50% раствор каустической соды, который нагревают до +60°C. При использовании такого состава для охлаждения сталь приобретает светлый оттенок. Пары каустической соды вредны для здоровья человека.
  • Для тонкостенных деталей, изготовленных из углеродистых и легированных сталей, применяются минеральные масла, обеспечивающие постоянную температуру охлаждения, не зависящую от температуры окружающей среды. Главное условие, которое необходимо соблюдать при охлаждении сталей после закалки, – отсутствие воды в минеральных маслах. Недостатки процесса: выделение вредных для человека паров, возможность возгорания масла, образование налета, постепенная потеря эффективности охлаждающего состава.

Внимание! Для работы с изделиями из углеродистых сталей со сложным химическим составом используют комбинированное охлаждение. Оно состоит из двух этапов. Первый – охлаждение детали в воде, второй, после +200°C, – в масляной ванне. Перемещение из одной охлаждающей среды в другую должно производиться очень быстро.

Температурный режим

Закалка — это превращение аустенита в мартенсит. На производстве при выборе температур термообработки пользуются диаграммой «железо-углерод». Температуру закалки углеродистых сталей определить очень легко. Нагрев конструкционной стали с содержанием углерода менее 0,8% доводят до температур, расположенных над линией GS и выше точки Ас3 на 30-50 градусов. Нагрев сталей, содержащих более 0,8% углерода, проводят при температурах на 30-50 градусов выше тех, которые расположены выше линии PSK. Температуру закалки легированной стали также выбирают, исходя из критических точек, но данный процесс много сложнее, так как помимо углерода такие стали содержат и другие компоненты.

температурный режим закалки

Какую сталь подвергают закалке

Термически обрабатывают только такой металл, в котором содержится не менее 0,45% углерода, а также инструментальную и легированную стали, твёрдость которых после закалки становится в несколько раз выше. Тот металл, в котором содержание углерода не превышает 0,45%, не обрабатывается термически. Ниже приведена таблица режимов термообработки для некоторых видов сталей.

Тип Инструмент Температура закалки Температура отпуска Чем охлаждают после закалки Чем охлаждают после отпуска
У7, У7А Инструмент плотника, отвёртки, топоры, зубила и др. 800 170 водой водой

маслом

У8, У8А Слесарный инструмент, пилы, ножовки, стамески и др. 800 170 водой водой

маслом

У10, У10А Ручные метчики, надфили, рашпили, пилы по дереву, инструмент без нагрева режущей кромки 790 180 водой водой

маслом

У11, У11А Деревообрабатывающий инструмент, ручные метчики, надфили и др. 780 180 водой водой

маслом

У12, У12А Слесарный инструмент 780 180 водой водой

маслом

У13, У13А Режущий и измерительный инструмент, детали машин 780 180 водой вода

масло

У9ГА Режущий инструмент — метчики, свёрла, фрезы 800 180 вода водой

маслом

Р9 Режущий инструмент — метчики, свёрла, зенкера, фрезы, протяжки и др. 1250 580 маслом воздухом печи
Р18 Режущий инструмент для обработки металлов различной твёрдости 1300 580 маслом воздухом печи
ШХ6 Шарики и ролики для подшипников 810 200 маслом воздухом
ШХ9 Шарики и ролики для подшипников 830 280 маслом воздухом
ШХ15 Шарики и ролики для подшипников 845 400 маслом воздухом
9ХС Свёрла, фрезы, развёртки, метчики, гребёнки и др. 860 170 маслом воздухом
9Х5ВФ Ножи для фрезерования древесины 950 270 маслом воздухом
50ХГСА Пружины, рессоры 840 315 водой воздухом
60С2 Торсионные валы, высоконагружаемые пружины 870 325 водой воздухом
60С2ХА Высоконагружаемые пружины и рессоры 870 315 водой воздухом
60С2ВА Пружины и рессоры 850 330 водой воздухом
85ХВ Пружины, фрикционные диски 830 250 водой воздухом

Закалка ножа в домашних условиях

Как закалить сталь в домашних условиях

Много столетий назад, мастера-кузнецы задавались вопросом, твердости клинка. И многие из них понимали, что сталь после нагрева нужно быстро остудить. Дамасские мастера, закаливали сталь в ущельях, где дули сильные ветра. Они считали, что сила ветра передавалась клинку, и он становился упругим, твердым и не ломался.

Закалка режущей кромки ножа.

Еще немного истории

Некоторые кузнецы использовали для этих целей мочу барана, собранную в течение трех дней. А другие применяли для такого процесса мочу мальчика, и он должен был быть непременно рыжим. Вот на какие хитрости шли мастера прошлого. Кстати, применение мочи, можно частично оправдать, так как присутствие в ней солей, сопутствовало быстрому забору тепла у раскаленного металла.

Были даже довольно варварские методы закалки, раскаленный клинок вонзали между ребер раба, и считалось, что его сила переходила в металлическую заготовку. Хорошо, что те времена миновали. Но люди постепенно замечали, что если после нагревания металла, его поместить в соленую среду, качество и характеристики его улучшались.

Шло время, и было проделано тысячи способов до достижения положительного результата. Молодой ученый металлург Д. К. Чернов, работавший над этой проблемой в 1866 году, достиг немалых успехов в определении для каждого металла определенных значений.

Завод, на котором проводил испытания господин Дмитрий Константинович Чернов, полностью избавился от брака и этого человека можно назвать прародителем современной металлургии. Сегодня любой студент, имея багаж знаний, накопленный веками, может справиться с закалкой стали.

Выбор стали для закалки ножа

Как известно, сталь это есть не что иное, как сплав углерода с железом. В них добавляются в небольших дозах добавки. Большую роль на качество будущего клинка они не играют. Важнейшим элементом является углерод.

Добавки могут быть такие, как цинк, хром, молибден, кальций и т.д. А вот чем меньше углерода в стали, она приобретает высокую прочность, но изнашивается быстрее и коррозия развивается быстрее. Для правильной закалки нужно обязательно знать состав будущего клинка.

Лучше всего провести углеродный анализ стали.

Идеальная закалка лезвия ножа.

Если будущее изделие будет, к примеру, из напильника или рессоры автомобиля. Закалка в данном случае просто необходима, тем более ковка такого металла подразумевает его обязательный нагрев. Проверить качество закалки, можно в домашних условиях, но он довольно «жестокий».

Нужно готовый клинок затянуть в тисках и начать постепенно гнуть его, и если излом клинка произойдет на отметке приблизительно в 45 градусов. Можно смело сказать – закалка была проведена верно.

Но так следует сделать, после первой вашей самостоятельной закалки клинка, нужно хорошо запомнить весь процесс и повторить его заново.

Способы закаливания

Способов закаливания существует, по сути, 2 типа. На открытом огне и в печи. Но, к сожалению, в обычном костре поднять температуру выше 900 градусов, не получится. Тогда приходит на помощь печь. Ее можно изготовить самостоятельно. Это довольно непростой процесс, но изготовив ее единожды, она прослужит вам достаточно долго. Тем более если вы начинающий мастер, она вам просто необходима.

В камере

Далее мы поговорим, как сделать самостоятельно муфельную печь для правильной термообработки заготовок, а сейчас просто и коротко опишем процесс закалки в ней, сталь клинка будет использована 50Х14МФ:

  1. Прогреваем печь до нужной температуры, в данном случае 1070 градусов, и погружаем клинки в печь.
  2. Загрузив клинок в печь, разогреваем печь опять до 1070 градусов, и при данной температуре начинается отсчет времени. Принцип прост: 1 минута 40 секунд, на каждый миллиметр толщины клинка.
  3. По прошествии нужного времени, клинок вытаскивают и охлаждают на воздухе, в течение 15 минут под небольшим прессом.
  4. Затем производится отпуск металла в духовке при 200 градусах.

Закалка ножа в камере выполненной в домашних условиях.

При данном процессе сталь получает твердость в 56 HRC.

Но учтите, что в данном случае закалка происходила без погружения в жидкости. Для каждой стали свои условия закалки. И результат, которого вы хотите добиться, будет целиком и полностью зависеть от самого процесса.

На открытом огне

Способ, можно сказать, опробованный нашими предками и ему уже много лет.

Чтобы правильно закалить сталь, без каких-либо точных измерительных приборов, так сказать «на глазок», нужна внимательность, и наберитесь терпения. Единственным способом проверки может являться магнит.

Когда металл достигает определенного для него точки накала, так называемой точки Кюри, он перестает взаимодействовать с магнитом.

И еще один признак, это цвет самой заготовки, она должна стать темно-красной. Но также в процессе нужно следить, чтобы не появлялось синих или черных пятен, это говорит о перегреве. Заготовку стоит класть в угли, когда цвет пламени от них будет малиновый.

Что потребуется:

  • минеральное масло в емкости (можно отработку);
  • ведро с водой;
  • хорошо подготовленные угли;
  • длинные металлургические клещи.

Закалка ножа на открытом огне.

После того как деталь приобрела нужный оттенок и не магнитится, нужно аккуратно взять ее клещами и опустить в масло на 3-и секунды, и так нужно поступить несколько раз. С каждым разом удерживая заготовку в масле немного дольше. И в конечном этапе погружаем ее в воду.

Как изготовить камеру для закаливания металла

Понятно, что изготавливая такую камеру, к процессу лучше подойти серьезно, так как делать вы ее будете не на один день или раз. Попробуем кратко описать процесс изготовления такой камеры, также называют ее – муфельная печь.

  1. Главное, правильно изготовить «тело» такой камеры, здесь прибегают к простому процессу. Будущая горловина изготавливается из любого бумажного твердого материала (типа картон), обмазывается огнеупорной глиной толстым слоем. Не забываем сделать тонкую прослойку парафина, между формообразующим бумажным материалом и глиной.
  2. Вторым этапом, минимум сутки высушивается будущая камера, а затем помещается в духовой шкаф и прокаливается на невысокой температуре около 90-110 градусов по Цельсию. После этого этапа бумажную составляющую уже можно извлекать.
  3. Окончательный обжиг конструкции происходит на открытом огне при температуре около 900 градусов, затем производится остужение при естественных условиях. Нужно дождаться полного охлаждения камеры.
  4. После того как заготовка будет остужена, она приобретает свойства камня, становится очень жесткой как кирпич. К ней приделывают дверцы, открывающиеся по горизонтали.
  5. Заключительным этапом можно назвать обматывание будущей печи проволокой из нихрома, диаметром сечения около 0,75 мм. На всю конструкцию потребуется около 18 метров. Для исключения короткого замыкания при обмотке обмазывать сразу лучше сырой глиной. В корпусе проделываем два отверстия, одно для термопары (измерять температуру), а второе для визуального контроля.

Изготовленная своими руками камера для закалки ножа.

На этом, можно сказать, что печь для каления металла готова. Как видите, нет ничего сложного в изготовлении муфельной печи для дома.

Очень хорошо, если имеется печь для закаливания стали. Ее можно даже приобрести в специализированном магазине, но стоит удовольствие не дешево. Так как закалить нож в домашних условиях, не имея специальной муфельной печи? Выход есть и честно говоря не один.

Но для начала, нужно провести небольшие эксперименты, и подробно запомнить все ваши действия. Если результат окажется положительным, то эти же манипуляции можно производить с уже настоящей деталью.

Такой хитрый прием, поможет «набить руку» на небольших заготовках и приобрести навыки нагрева и охлаждения клинка. Нельзя забывать, что для разных сплавов, требуется разная температура и способы охлаждения, а иначе не избежать трещин и хрупкости заготовки.

Источник нагрева

В основном можно выделить несколько источников нагревания заготовки. Муфельную печь, лучше исключить, так как по всем экспертным оценкам – она самая лучшая в этом деле. Но мы попробуем оценить другие довольно распространенные приспособления для нагрева.

Кузнечный горн, довольно неплохо, справляется с накаливанием заготовок. Для такой цели может подойти паяльная лампа или пропановая горелка, способом проб и ошибок, можно достигнуть желаемого результата. Кстати, для этих двух вариантов, можно соорудить небольшую печь из огнеупорного кирпича, и процесс будет проще, а результат положительный.

Огнеупорная печь из кирпича для закалки ножа.

Ну и последний, можно сказать, совсем неприемлемый источник нагрева, это газовая плита. Если хотите, что-то испортить воспользуйтесь этим вариантом.

Температурный режим

Как уже много раз говорилось, что каждая сталь требует определенной температуры. На производстве используют специальные термометры для контроля, но в быту можно использовать магнит (также выше говорилось).

Нельзя допускать темных пятен, это перегрев, что впоследствии испортит всю заготовку.

Если у мастера достаточно опыта, то он может на глаз по цвету раскаленного металла определить, достаточно или нет, разогрета заготовка.

Существует и такой метод закалки: нагревается трижды затачиваемая часть клинка до температуры в 285 градусов, а режущую часть только один раз, и до предельных 950-1000 градусов.

Режимы нагрева для каждой марки стали разные:

  • низкоуглеродистая сталь требует нагрева в пределах 757-950 °С;
  • стали с большим содержанием углерода достаточно и 680-850 °С;
  • а вот легирующие марки требуют от 850 до 1150 °С.

Существует целая таблица цветов, цветов каления. К примеру: коричнево-красный 580-650 °С, темновато-красный 780-830 °С или оранжевый 950-1000 °С. Так что будьте бдительны и не перекалите заготовку.

Охлаждение и отпуск

Для правильной закалки нужно выдержать правильный температурный режим при охлаждении. Нержавеющие сплавы предпочтительнее охлаждать в минеральном масле с присадками. А низколегированные стали, в водных растворах с солью, и другими добавлениями.

Охлаждение ножа минеральным маслом с присадками.

Существует много вариантов охлаждения:

  • клинки с двусторонними лезвиями, опускают сперва в масло, а затем в водный раствор;
  • трижды в масло опускают заготовки раскаленные докрасна, каждое погружение, по времени чуть дольше предыдущего. И только потом опускают в воду;
  • для придания упругости середине клинка прогревают эту часть, затем опускают в кипяток на 2 часа, а затем в ледяную воду.

При этих всех манипуляциях стоит учитывать, что в масле металл остывает в два раза быстрее.

Заготовка, прошедшая закалку, для восстановления кристаллической решетки структуры метала, подвергают специальному процессу, который называется– отпуск.

В процедуре этой нет ничего сложного: клинок нужно прогреть в течение пары часов. Для легированной стали 270-320 градусов, для простой 150-200 градусов.

Определение качества работы

Пройдя все вышеописанные этапы, хотелось бы узнать, что из этого выйдет. Как проверить качество проделанной работы, довольно просто:

  • заточки должно хватать надолго;
  • лезвие не должно сминаться или крошиться при соприкосновении с плотными материалами;
  • клинок должен иметь пластичность, изгибаясь – восстанавливать прежнюю форму;
  • нормальный инструмент, при регулярной заточке и постоянном использовании, должен прослужить не менее 10 лет.

Не забывайте, что настоящее мастерство приходит с опытом. А опыт, как известно – сын ошибок трудных.

Если не получилось с первого раза, или со второго, то проявите настойчивость – с десятого выйдет не хуже, чем у других. Изучайте материал, упражняйтесь и ваяйте истинную красоту.

Суть закалки металлических изделий

Для того чтобы правильно закалять железо и другие металлы, следует рассмотреть суть этого процесса.

К особенностям этой разновидности термообработки можно отнести следующее:

  • Закаливать — это значит, нагревать материал до температуры, которая может изменить структуру. У металлов структура представлена кристаллической решеткой.
  • Процесс предусматривает также охлаждение материала, для чего может использоваться масло или вода.

Целью подобной термической обработки является увеличение твердости структуры стали или другого сплава.

С закалкой также связан процесс, получивший название отпуск. Он проводится для того, чтобы снизить хрупкость структуры после термической обработки. Отпуск проводится при более низкой температуре, а на охлаждение уходит намного больше времени. Важность этого процесса велика, иначе в структуре могут образовываться серьезные дефекты.

Какие металлы можно закалить

Как закалить металлСледует учитывать, что не все металлы подходят для подобной термической обработки. Очень часто проводится улучшение физико-механических качеств конструкционных сталей, к примеру, стали 45, а также некоторых легированных сплавов (65Г, У7Х).

Алюминий и многие другие цветные сплавы подвергаются термической обработке, при которой кристаллическая решетка остается неизменной. Это можно достичь путем нагрева до невысоких температур с последующим быстрым охлаждение в различной среде.

Особенности технологии

Можно выделить 3 основных этапа термической обработки стали:

  1. Условия для закаливания металлаОтжиг. Для начала проводится нагрев структуры до температуры, которая выбирается в зависимости от типа закаливаемого материала (для У7 +780°С). После нагрева металл оставляют в печи для медленного охлаждения.
  2. Закалка. После выполнения отжига наступает этап закалки. В зависимости от типа металла температура нагрева может варьировать в пределах +800…+1000°С и выше. В домашних условиях можно достигнуть лишь показателя +800°С или чуть выше. Нагрев проводится до момента, пока металл не станет полностью красным, при этом графит и вся кристаллическая решетка перестраивается. Охлаждение может проходить в воде, но лучше использовать масло, что позволит снизить вероятность появления серьезных дефектов в структуре. При этом следует учитывать, что при нагреве масла может образовываться дым и другие продукты горения, которые вредны для человека.
  3. Отпуск. За счет отпуска можно существенно снизить хрупкость структуры, при этом изделие выдерживается в духовке на протяжении 1 часа или более при температуре не выше +320°С. Важно учитывать, что на этом этапе не должно происходить перестроение кристаллической решетки, т. к. сильный нагрев может привести к снижению твердости поверхностного слоя.

Закалка ножа в домашних условиях осуществима, этого потребуется обычная печь, место для проведения работы, а также емкость с маслом или водой для охлаждения металла.

Много внимания уделяется выбору способа охлаждения стали. Различают следующие методы:

  • При какой температуре закаливать металлПрименение одной среды.
  • Охлаждение при использовании двух жидкостей.
  • Струйный метод снижения температуры поверхности металла.
  • Метод ступенчатого охлаждения, применяемый для снижения напряжений в структуре материала.

При проведении закалки в домашних условиях следует учитывать, что слишком быстрое охлаждение становится причиной повышенной хрупкости структуры. Важно обеспечивать равномерное охлаждение, что позволяет получить равномерную структуру.

При работе с раскаленной сталью следует соблюдать осторожность. Нельзя проводить подобные работы вблизи легковоспламеняющихся материалов.

Какие стали можно закаливать?

Процедурам закалки и отпуска не подвергается прокат и изделия из него, изготовленные из малоуглеродистых сталей типа 10, 20, 25. Этот вид термообработки эффективен для углеродистых сталей (45, 50) и инструментальных, у которых в результате твердость увеличивается в три-четыре раза.

Таблица режимов закалки и областей применения для некоторых видов инструментальных сталей

Марка стали Для какого инструмента используется Температура закалки, °C Температура отпуска, °C Охлаждающая среда для закалки Охлаждающая среда для отпуска
У7 Молотки, кувалды, плотницкий инструмент 800 170 Вода Вода, масло
У7А Зубила, отвертки, клейма, топоры 800 170 Вода Вода, масло
У8, У8А Пуансоны, матрицы, стамески, пробойники, ножовочные ручные полотна 800 170 Вода Вода, масло
У10, У10А Деревообрабатывающий инструмент, керны, резцы строгальные и токарные 790 180 Вода Вода, масло
У11 Метчики 780 180 Вода Вода, масло
У12 Надфили 780 180 Вода Вода, масло
Р9 Метчики, ножовочные полотна станочные, сверла по металлу, фрезы 1250 580 Масло Воздух в печи
Р18 Ножовочные полотна станочные, сверла по металлу, фрезы 1300 580 Масло Воздух в печи
ШХ6 Напильники 810 200 Масло Воздух
ШХ15 Ножовочные полотна станочные 845 400 Масло Воздух
9ХС Плашки, сверла спиральные по дереву 860 170 Масло Воздух

Как закалить сталь в домашних условиях?

Закалку и отпуск желательно осуществлять в производственных условиях с использованием специального оборудования и приборов. Однако домашние умельцы часто практикуют это в собственных мастерских. Для нагрева изделия используют электроплиты, духовки, раскаленный песок, паяльные лампы, костер. Самостоятельная термообработка оправдана в случае необходимости упрочнения режущей кромки инструмента.

Как сделать закаленную сталь:

  • перед термообработкой изделие необходимо очистить от масла и ржавчины;
  • равномерно разогреть;
  • охладить и произвести отпуск в соответствии с режимами, рекомендованными для конкретной марки стали.

При необходимости проведения термообработки в домашних условиях в отсутствии приборов температуру металла ориентировочно определяют по цветам побежалости. Условие – помещение не должно быть освещено солнцем.

Определение! Цветами побежалости называют оксидные пленки, образующиеся без участия молекул воды на сплавах на основе железа во время нагрева. Каждому интервалу температур соответствует определенный цвет:

  • темно-коричневый – 530-580°C;
  • коричнево-красный – 580-650°C;
  • вишневый – 650-730°C;
  • вишнево-красный – 730-770°C;
  • вишнево-алый – 770-800°C;
  • светло-вишнево-алый – 800-830°C;
  • ярко-красный – 830-870°C;
  • красный – 870-900°C;
  • оранжевый – 900-1050°C;
  • темно-желтый – 1050-1150°C;
  • светло-желтый – 1150-1250°C;
  • желто-белый – 1250-1300°C;

Ослепительно белый – более 1300°C.

Как выполнить закалку?

Когда есть горн, то закалку можно выполнить довольно просто:

  1. Сначала разводят огонь. Для розжига используют древесину небольшого формата (щепки, мелкие ветки, стружку от деревообработки и бумагу).
  2. Готовят емкости, в которых будут производить закалку. Минеральное масло (отработка от двигателей внутреннего сгорания) является лучшим охлаждением для деталей. Ёмкость должна позволять загрузить деталь полностью. Синтетические и полусинтетические масла использовать можно, но следует иметь в виду, что некоторые могут закипать. Скорость охлаждения будет снижаться. Поэтому использование подобного масла применяют с осторожностью.
  3. Емкость для воды нужна, чтобы промывать детали после закалки.
  4. Потребуется уголь. Используют бурые и черные угли. На практике часто применяют древесный уголь, полученный после обработки березы.
  5. Чтобы брать заготовку и перемещать ее внутри кузни, понадобятся клещи. У опытных кузнецов имеются несколько типов клещей.
  6. После получения стабильного огня на колосниках можно подсыпать уголь. Сначала он разгорается медленно. При включении подачи воздуха начинается интенсивный разогрев. Угольки меняют окраску на белый цвет.
  7. Пора закладывать деталь, которую хотят закалить. Ее кладут в огонь. Наблюдают за разогревом.
  8. Нужен магнит. Он покажет, наступил нужный нагрев или нет. Аустенит не магнитится.
  9. При возникновении свечения темно-вишневого цвета можно рассчитывать на нагрев до близких значений температуры.
  10. Вынимают заготовку и пробуют, намагничивается она или нет. Если нет, то температура достигнута.
  11. Нужен прогрев не менее 15…20 минут. Теплопроводность разогретого металла низкая, поэтому внутри массивных предметов может возникнуть не полный прогрев. В этом случае при закалке наблюдают изгибы.
  12. Вынув деталь из огня, ее опускают в масло в несколько этапов. Опускают и поднимают ритмичными движениями. Так добиваются высокой скорости охлаждения. Поднимая и опуская, перемешивают охлаждающую жидкость в процессе закалки. Может возникнуть пламя. Оно быстро погаснет.
  13. Остается промыть деталь.
  14. Проверить произошло закаливание или нет можно напильником. Если напильник «не берет», значит, произошло закаливание.

Испытывают качество закаливания на стекле. Если удается оставить след на стекле закаленной деталью, то получена твердость HRC более 55 единиц.

Видео: как закалить металл своими руками?

Источники
  • https://msmetall.ru/metalloobrabotka/kak-zakalit-gvozd.html
  • https://metalloy.ru/obrabotka/termo/zakalka-stali
  • https://martensit.ru/termoobrabotka/zakalka-metalla/
  • https://metallz.ru/articles/zachem_nuzhna_i_kak_provoditsya_zakalka_stali/
  • https://ometalledo.ru/kak-zakalit-stal-v-domashnix-usloviyax.html
  • https://obrabotkametalla.info/splavy/kak-pravilno-zakalit-metall-v-domashnix-usloviyax
Оцените статью
tutsvarka.ru
Adblock
detector